Chƣơng 3 CẤU TẠO VÀ HOẠT ĐỘNG CỦA XE ĐIỆN
3.2 Động cơ điện sử dụng trê nô tô điện
3.2.2.5 Đặc tính của động cơ cảm ứng
Hình 3.29: Đặc tính tốc độ - mơ-men xoắn của động cơ cảm ứng khi chưa được điều
khiển [4]
Hình 3.29 cho thấy đặc tính tốc độ - mơ-men xoắn của động cơ cảm ứng hoạt động với một điện áp và tần số cố định (60Hz), có tốc độ đồng bộ là 1800 vịng/phút. Trong đó, Tst là mơ-men khởi động và Tmax là mơ-men cực đại. Rõ ràng là đặc tính tốc độ mơ- men xoắn này không đủ tốt cho động cơ xe điện do mô-men xoắn khởi động thấp và dải tốc độ hạn chế. Do đó, việc kết hợp điện tử cơng suất để điều khiển động cơ cảm ứng là gần nhƣ bắt buộc đối với ứng dụng xe điện.
38
Hình 3.30: Đặc tính tốc độ - mơ-men xoắn và khả năng vận hành của động cơ cảm
ứng khi điều khiển bằng phương pháp VVVF [1]
Ở trên mức tốc độ danh định ωb, điện áp đặt vào bằng với điện áp định mức. Trong khi đó, tần số hoạt động đƣợc tăng lên cao hơn tần số định mức. Vì vậy, mơ-men cực đại bị giảm đi khi tần số tăng (theo công thức 3.5).
Vƣợt quá tốc độ danh định, động cơ đƣợc vận hành ở trạng thái trƣợt để có mơ-men xoắn cực đại. Cƣờng độ dịng điện và công suất của động cơ đều giảm tỷ lệ nghịch với tốc độ động cơ. Trong khi đó, mơ-men giảm tỷ lệ nghịch với bình phƣơng của tốc độ.
Quan sát hình 3.30, ta có thể thấy rằng có ba vùng hoạt động:
- Vùng đầu tiên đƣợc gọi là vùng mô-men xoắn khơng đổi, trong đó động cơ cung cấp mơ-men xoắn danh định của nó ở tốc độ thấp hơn tốc độ danh định (thƣờng đƣợc gọi là tốc độ cơ bản ωb).
- Vùng thứ hai đƣợc gọi là vùng công suất không đổi (nằm giữa tốc độ cơ bản ωb và tốc độ giới hạn ωc), độ trƣợt đƣợc tăng dần đến giá trị lớn nhất để dòng điện stator khơng đổi và động cơ có thể duy trì khả năng cơng suất định mức của nó.
39 - Vùng thứ 3 đƣợc gọi là vùng cơng suất giảm. Trong đó, động cơ hoạt động vƣợt quá tốc độ giới hạn ωc, độ trƣợt khơng đổi trong khi dịng điện stator giảm, do đó mơ- men xoắn giảm theo bình phƣơng tốc độ.
3.2.2.6 Ƣu và nhƣợc điểm
Ƣu điểm:
- Truyền động động cơ cảm ứng có cơng nghệ hồn thiện nhất trong số các bộ truyền động động cơ khơng cổ góp.
- Bền bỉ, chịu đƣợc các lực tác động cao: Những động cơ cảm ứng có thể làm việc liên tục với một công suất vô cùng lớn mà không hề bị hao mòn. Kể cả sử dụng trong suốt một thời gian dài thì hiệu quả làm việc cũng vẫn ổn định y nhƣ ban đầu.
- Không cần bảo dƣỡng thƣờng xuyên, có thể hoạt động thƣờng xuyên, liên tục trong suốt 1 thời gian dài mà không hề làm giảm công suất.
- Hoạt động êm ái. - Chi phí sản xuất thấp. Nhƣợc điểm:
- Kết cấu to nặng, sinh nhiệt khi hoạt động.
- Động cơ IM có hiệu suất thấp ở tốc độ thấp khi đi trong thành phố.
Hiệu suất của động cơ IM 85-96% tùy vào cấu tạo và điều kiện vận hành. Các hãng xe của Hoa Kỳ sử dụng động cơ IM làm động cơ truyền động, lý do là xe ở Mỹ chủ yếu chạy trên đƣờng cao tốc, khoảng cách dài, đƣờng trong đơ thị cũng rộng và thống; khi đó động cơ IM sẽ phát huy đƣợc tối đa hiệu suất của mình, tổn thất khơng lớn. Ở Việt Nam, đƣờng nhỏ, hẹp, đông đúc, xe thƣờng chạy ở tốc độ thấp và hay dừng, đỗ thƣờng xuyên. Với chế độ hoạt động nhƣ vậy, động cơ IM sẽ phải thƣờng xuyên chạy ở tốc độ dƣới định mức gây hiệu suất thấp, hạn chế đáng kể quãng đƣờng đi cho một lần nạp ắc quy.
Bộ truyền động động cơ cảm ứng đang đƣợc thay thế bằng bộ truyền động động cơ không chổi than nam châm vĩnh cửu. Do chi phí vật liệu nam châm vĩnh cửu cao, thiếu
40 nguồn cung cấp và sự không ổn định về nhiệt độ, nên động cơ cảm ứng vẫn đƣợc ƣa chuộng cho các dòng xe điện tiêu biểu nhƣ Tesla với các dòng Model S, Model X [1].